研研硕果 习之汲之

近日，清华大学环境学院张少君副教授团队在中国电动汽车生命周期二氧化碳（CO2）减排的驱动因素解析方面取得进展。该研究系统更新了涵盖车辆与燃料系统、上游电力、电池和关键金属行业等多部门的生命周期碳排放数据库，解析汽车全生命周期、全产业链技术进步和低碳发展对中国电动汽车生命周期二氧化碳（CO2）减排的协同贡献。研究克服以往生命周期模拟大量依靠国外模型带来的不确定性，大幅提升了生命周期碳排放评估的精细化程度。相关结论可为中国交通碳减排、汽车产业低碳发展和应对国际电池碳壁垒提供重要的方法和数据支撑。

随着中国电力清洁化及电动汽车能耗降低，中国电动汽车在行驶阶段由于电力使用导致的二氧化碳（CO2）排放已经取得并将持续实现大幅的削减。研究表明，纯电动汽车相比传统汽油车在燃料周期阶段（又称“从油井到车轮”，英文Well-to-Wheels，简写为WTW）的二氧化碳（CO2）排放削减比例从34%（2015年）增至57%（2020年），并有望达到69%（2030年）。另一方面，随着电池技术的进步，尤其是能量密度的显著提升，促成动力电池对应的二氧化碳（CO2）强度的显著下降。2015年三元锂电池的生命周期CO2平均排放强度为158kg∙kWh-1，2020年下降至111kg∙kWh-1，其中较为先进的电池已经实现了86kg∙kWh-1，预计到2030年可实现58kg∙kWh-1。磷酸铁锂电池生命周期二氧化碳（CO2）平均排放强度较三元锂电池低30%～50%（图1）。

图1.中国三元锂电池（NCM）及磷酸铁锂电池（LFP）的生命周期CO2排放强度（kg∙kWh-1）

随着燃料周期二氧化碳（CO2）的快速减排，材料周期二氧化碳（CO2）减排的需求日益凸显。搭载三元锂电池的纯电动汽车在2015、2020及2030年的全生命周期二氧化碳（CO2）排放强度分别为223、165及93g∙km-1，相比于传统汽油车削减23%、41%及53%；其中材料周期的占比分别为27%、38%及45%（图2）。值得注意的是，在煤电比例较高的华北电网地区（2015年煤电比例高达80%），2015年纯电动汽车生命周期二氧化碳（CO2）与燃油车已基本相当，2020年可实现生命周期二氧化碳（CO2）减排20%以上，表明电动汽车相对传统汽油车碳减排优势在逐渐放大。

图2.2015、2020及2030年中国纯电动汽车的全生命周期CO2排放强度

研究详细解析了各行业部门进步对中国纯电动汽车的二氧化碳（CO2）减排的相对贡献。以2020～2030年搭载三元锂电池的纯电动汽车为例（图3），其二氧化碳（CO2）排放强度共减少了52g∙km-1。其中，约40g∙km-1得益于清洁电力的持续推广（届时煤电占比有望从当前的60%下降至36%），约11g∙km-1得益于汽车电耗的下降及充电效率的提高，另外有12g∙km-1归功于动力电池性能的改善尤其是能力密度的提升。

图3.中国纯电动汽车CO2减排的多行业部门驱动因素的贡献

该研究成果5月16日以“中国纯电动汽车减碳进程中的多部门驱动因素”（Multisectoral drivers of decarbonizing battery electric vehicles in China）为题发表于《美国国家科学院新刊》（PNAS Nexus）。

环境学院2018级博士生王放为论文的第一作者，张少君副教授为论文的通讯作者，吴烨教授对研究作出了重要贡献。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

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